预警卫星对弹道导弹主动段状态估计算法

主动段运动状态估计是导弹防御中重要内容,估计得到的状态及其协方差信息可用来引导地基雷达截获目标。在预警卫星观测背景下,该问题是非线性最小二乘求解问题。建立了基于主动段净加速度模板的运动模型和预警卫星测量模型,针对预警卫星对弹道导弹主动段观测弱、先验信息掌握少问题,提出了基于Levenberg-Marquardt算法的最大似然（ML）估计方法来得到主动段状态估计及其协方差。特别地,给出了先验信息（发射时间、主动段净加速度模板）获得与否的三种具体情况,详细推导了在这三种情况下的运动状态估计及其统计特性,进一步考察了算法的适用范围。最后,对算法进行了Monte-Carlo仿真研究,仿真结果表明:三种情况下位置和速度误差都接近于CRLB限,验证了估计算法的一致性和有效性。     

空间预警系统中主动段弹道估计误差分析

空间红外预警系统仅可获得弹道导弹主动段尾焰红外辐射信号到达角信息,采用非线性最小二乘法可获得目标运动状态的迭代解.本文即针对其导弹主动段估计误差进行研究,通过理论推导得出状态估计的CRLB,并结合仿真结果给出其估计误差受预警星座分布、目标相对位置等因素影响的分析.     

双站基于角度和时差的近似无偏定位算法

联合角度（DOA）和时差（TDOA）信息对运动目标进行无源定位实质上是一种非线性估计问题。针对将非线性观测方程转化为伪线性方程会产生有偏估计的缺点,该文基于双站定位中获得的角度和时差信息,给出了一种对三维空间目标定位跟踪的近似无偏估计滤波算法,它只需要对一对矩阵束进行广义特征分解,即可获得目标坐标和速度的估计值。计算机仿真结果表明,相比有偏估计滤波算法,如伪线性卡尔曼滤波（PLKF）算法或者最小二乘（LS）算法,该算法具有更高的定位精度,并且当观测误差增大时,其优势更加明显。     

基于UKF的再入大气层弹道导弹跟踪研究

UKF（Unscented KF）是一种非线性滤波算法,该方法采用一组确定的取样值来近似目标状态的概率密度函数（不必是高斯分布）的均值和协方差,可用于非线性非高斯系统模型和观测模型条件下的目标跟踪,通过再入大气层弹道导弹跟踪仿真实验,验证了UKF算法的有效性、精确性和易实现性。     

利用视线测量估计自由段弹道的方法研究

本文主要研究空间预警系统利用星载红外传感器的视线测量估计弹道导弹自由飞行段弹道的问题.针对目标运动的弱可观测性,提出了只约束位置的改进Gauss-Newton方法,解决了弹道的最大似然估计问题,并利用Monte Carlo仿真实验验证估计算法的有效性,且对估计误差进行了分析.     

双层三阶多项式拟合的弹道导弹发射点估计方法

发射点估计是炮位侦察校射雷达的重要任务之一。在仅利用雷达测量数据的情况下,先通过三阶函数拟合弹道导弹主动段时间-高度曲线估计导弹的绝对发射时刻,从而求得各个弹道轨迹点相对于绝对发射时刻的相对发射时间,然后再次利用三阶函数拟合主动段相对时间-水平位移,进而得到弹道导弹发射点估计结果。通过弹道导弹运动模型仿真具有一二级助推的弹道数据,并增加雷达观测误差,分析验证了所提方法的有效性和精确性。经测试,所提方法求解过程简单,对主动段弹道拟合准确,发射点估计精度达到0.6%以内,定位误差较传统方法降低了50%以上。     

利用多普勒信息的无源相干定位技术

利用多普勒频率信息的第三方辐射源对动目标的无源相干定位技术，可获得高精度无模糊等优越的系统性能。在噪声环境中对动目标定位技术通常要求从系统的可观测性，估计性能，定位算法等方面时系统进行描述。文章基于两发一收的T^2／R无源相干定位系统。只利用多普勒频率信息时动目标进行状态估计，分析了系统的Cramer-Rao Bound（CRB）性能，并采用最大似然的估计算法对动目标进行定位。通过在数值单次与统计意义（Monte Carlo）上的仿真实验表明，利用多普勒频率信息的无源相干定位技术是可靠有效的。     

被动测距的可观测性分析和滤波方法

首先建立运动单站被动测距的数学模型,然后分析被动测距的可观测性,并针对实际应用提出了相应的滤波估计方法.可观测性问题分析了具有不同运动特征的目标在仅有方位角和俯仰角测量时能计算位置坐标的充分条件,将被动测距归结为典型的间接测量问题.由于直接测量的方位角和俯仰角与位置坐标的关系构成非线性测量方程,利用离散状态空间模型的分析方法,将被动测距描述为非线性状态估计问题.推广卡尔曼滤波、粒子滤波是求解被动测距非线性状态估计的常用方法.模拟了实际的被动测距模型,并用推广卡尔曼滤波和粒子滤波方法估计目标的位置坐标序列.模拟实验表明:这两种方法在运动单站被动测距中是有效的.     

DOA和TOA的单站无源定位可观测性分析

在现有单站无源定位技术的基础上,介绍了新的基于机动辐射源目标的DOA和TOA测量信息的单站无源定位的可观测性分析.此分析直接应用非线性系统的可观测性分析原理,得到了基于DOA和TOA测量信息的单站无源定位的可观测性条件,并对其进行了计算机仿真.与文献[1-2]相比,此可观测性分析更直观更简明.     

红外与激光主/被动联合跟踪算法

针对单站红外被动式跟踪存在不可观测性问题，提出红外与激光主／被动单目标联合跟踪方法。该方法首先针对三维空间任意机动目标的跟踪问题，将参考文献[1]给出的一维机动目标“当前”统计模型推广到三维情况，得到三维情况下跟踪任意机动目标的状态方程和跟踪系统的非线性量测方程。然后对红外探测器测量的角度信息和激光测得的距离信息进行融合，得到正确的测量值。最后提出扩展的自适应卡尔曼滤波算法并进行了仿真研究。仿真表明；方案可行，可同时对目标三个空间坐标轴的位置、速度、加速度进行估计。     

基于可观性分析的高精度空间目标跟踪方法

针对传统空间目标跟踪精度不高的问题,提出一种基于可观性分析的高精度空间目标跟踪方法。首先,基于Fisher信息矩阵法定义了一种新型可观性指标,并以空间目标跟踪为背景,针对采用天基雷达,天基红外或地基雷达所得到的不同量测模型系统分别给出了可观性指标值,并选出一种可观性指标值最大的空间目标量测模型。接着,基于无迹卡尔曼滤波和选择的量测模型,实现高精度的空间目标跟踪。相对于仅天基红外,天基红外与天基雷达相结合两种方案,仅天基雷达的空间目标跟踪测量方案具有较大的可观测性指标,进而具有较高目标跟踪精度。最后,数值仿真验证了该方法的有效性。     

Observability Measures and Their Application to GPS/INS

In this paper, two observability measures are introduced for a discrete linear system. The degrees of observability of both the system and its subspaces can be examined with these measures. The measures are well conditioned to perturbation and applicable to multi-input/multi-output time-varying systems. The relations among observability, observability measures, error covariance, and the information matrix are presented. It is shown that the measures have direct connections with the singular value decomposition of the information matrix. In contrast to the error covariance, the measures are determined by the system model and independent of the initial error covariance. An example of the observability analysis of the Global Positioning System/inertial navigation system is given. The measures are confirmed to be less sensitive to the system model perturbation. It is also shown that the vertical component of the gyro bias can be considered unobservable with a tactical-grade inertial measurement unit for a horizontal constant-speed motion.     

方位-到达时间联合TMA的可测性分析

针对在三维空间做匀速运动的目标,应用非线性系统的可测性理论,对方位-到达时间TMA(目标运动分析)的可测性进行了分析.基于方位和到达时间方法的单站无源定位技术,是通过观测站接收目标辐射源两次TOA(脉冲到达时间)测量之间由于目标运动所造成目标与观测站之间的径向距离发生变化的信息,对目标进行定位.结果表明在观测站与辐射源间的方位角和俯仰角变化率不能同时为零的情况下,观测机不必做机动就可以实现观测.     

二维双观测站纯方位系统的可观测性

在二维空间中,针对作匀加速直线运动的目标,利用双观测站得到的测量角,讨论了等速直线运动的双观测站纯方位系统的可观测性问题.首先在理论上证明了目标作匀加速直线运动,单观测站作匀速直线运动时的目标参数的部分可观测性.进而对于双观测站情形,利用每一个观测站求解出的关于目标的部分参数满足的方程,通过研究方程组的解的存在性,得到了整个系统可观测的一些充分条件和一个充要条件.     

对运动目标的单站无源定位技术研究

实现对运动目标辐射源的单站无源定位是对新体制雷达对抗侦察系统的基本要求.固定单站通过测量角度、角速度和多普勒频率变化率可实现对运动目标的无源定位,该方法对角速度特别敏感,测量精度要求很高.为此,提出了一种利用波达方向、相位差变化率、载波频率及多普勒频率变化率的单站无源定位方法,结合某地面雷达对抗侦察系统,分析了其定位原理、测距误差和可观测性,给出了单次测距的计算机仿真结果和结论.仿真研究表明,通过增加相位差变化率信息降低了对角速度的高精度测量要求.     

离散时间系统能控能观测与信号重构的关系

对于线性定常连续系统时间离散化后保持能控能观测和信号重构这两个控制理论和信息理论中的重要概念，给出离散时间系统保持能控能观测的充分条件的物理意义，论证该充分条件实质上就是信号可重构的临界条件，同时说明该充分条件实际上也是必要条件，在两个概念之间建立起类似于等价的联系。     

基于方位频率TMA的可观测性分析

探讨了水下三维情形的被动TMA可观测性问题。以被动声纳测得的方位角、俯仰角和频率为依据,建立了非线性的观测模型,再将其伪线性化,得到了PLE参数估计,并证明了此系统是可观测的。     

一般仅方位目标跟踪系统可观测的必要条件

对一般的仅方位目标跟踪系统的可观测性进行了分析。这里"一般"的含义是指目标的运动假设突破了以往匀速直线运动的限制,扩展为更为一般的各种复杂运动。得出了这种条件下系统可观测的必要条件。在目标作匀速直线运动的假设下,仅方位目标跟踪的一个熟知结论是:系统可观测的必要条件是观测者必须机动。将这一结论推广到任意的目标运动条件,指出:在二维仅方位目标跟踪系统中,系统可观测的必要条件是观测者作比目标更为复杂的运动,并且独立方位数等于待定参数数。这一结论不仅有助于仅方位目标跟踪系统本质的认识,对于诸如跟踪算法开发和观察者机动策略优化等工程实践也有着十分重要的意义。     

基于leg-by-leg机动的两级采样被动跟踪方法

针对被动声呐方位-频率观测情况下粒子滤波检测前跟踪算法中高维采样效率低的问题，该文提出一种利用leg-by-leg机动可观测性特点的两级采样方法。首先，对leg-by-leg机动的可观测性进行分析；然后，建立极坐标系下的目标运动状态模型，以粒子相对观测站的距离和法向速度均匀分布为准则，提出将极坐标系下的目标状态向量映射至直角坐标系的方法；最后，为改善滤波收敛性，提出根据粒子的空间分布特征自适应地调整过程噪声协方差矩阵。仿真结果表明，对于典型的水下目标跟踪场景，所提方法可使滤波收敛率增大约47.6%，距离估计误差减小约329 m，滤波收敛时间缩短约450 s。     

基于航迹无关模型的传感器系统误差可观测性分析

可观测性分析是建立系统误差估计模型的一个必要前提。针对系统误差航迹无关估计模型的可观测性问题,该文采用可观测矩阵研究系统误差的可观测性和可观测度。首先建立了基于航迹无关的系统误差量测与状态转换模型,在此基础上构建了系统误差的可观测矩阵,通过判定可观测矩阵的奇异性研究了系统误差的可观测性问题,并且给出了可观测度的表达式,最后建立了典型的仿真环境,分析了可观测度对系统误差估计精度的影响以及传感器的几何位置和目标的运动状态对系统可观测性及可观测度的影响。